(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御演算によりモータの電流を制御するための各相Duty指令値を算出し、前記各相Duty指令値に応じたＰＷＭ波形を形成し、前記ＰＷＭ波形に基づいてインバータにより前記モータを駆動するモータ制御装置において、
前記インバータの電源入力側又は電源出力側に単一の電流検出器を接続し、
前記各相Duty指令値の差を保持したまま一律増減させるDutyシフト機能と、各相ＰＷＭ信号の出力位置を決定するＰＷＭ出力位置変更機能を備え、
１相のみ、又は２相同時に、ＰＷＭ信号がＯＮとなるタイミングをＰＷＭ周期の固定位置に発生させ、モータ電流を検出するようになっており、
前記ＰＷＭ出力位置変更機能は、前記各相Duty指令値の大きさ関係によって、最大Duty相、中間Duty相、及び最小Duty相のＰＷＭ信号出力開始位置となるＰＷＭ信号出力基準点を変更することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭ出力位置変更機能は、前記ＰＷＭ信号出力基準点を、ＰＷＭ周期の開始点、ＰＷＭ周期の中心、ＰＷＭ周期の終了点の何れか１つから選択する請求項１に記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記Dutyシフト機能は、前記各相Duty指令値の大きさ関係によって、Dutyシフト量を変更する請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記各相Duty指令値が均衡する場合は、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相を任意の相に固定する請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のモータ制御装置。
【請求項５】
制御演算によりモータの電流を制御するための各相Duty指令値を算出し、前記各相Duty指令値に応じたＰＷＭ波形を形成し、前記ＰＷＭ波形に基づいてインバータにより前記モータを駆動するモータ制御装置において、
前記インバータの電源入力側又は電源出力側に単一の電流検出器を接続し、
前記各相Duty指令値の差を保持したまま一律増減させるDutyシフト機能と、各相ＰＷＭ信号の出力位置を決定するＰＷＭ出力位置変更機能を備え、
１相のみ、又は２相同時に、ＰＷＭ信号がＯＮとなるタイミングをＰＷＭ周期の固定位置に発生させ、モータ電流を検出するようになっており、
前記各相Duty指令値が均衡する場合は、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相を任意の相に固定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のモータ制御装置を搭載したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御演算によりモータの電流を制御するための各相Duty指令値を算出し、各相Duty指令値に応じたＰＷＭ波形を形成し、ＰＷＭ制御インバータにてモータに指令電流（電圧）を与えて駆動するモータ制御装置と、そのモータ制御装置を用いて車両のステアリング機構にモータによるアシストトルクを付与するようにした電動パワーステアリング装置に関し、特に、ＰＷＭ制御インバータの電源入力側又は電源出力側（接地側）に単一の電流検出器（単一の電流センサ）を配設してＰＷＭ制御すると共に、各相Duty指令値の差（各相Duty差）を保持したまま一律増減させるDutyシフト機能と、各相ＰＷＭ信号の出力位置の変更を行うＰＷＭ出力位置変更機能を備え、１相のみ、又は２相同時にＰＷＭ信号がＯＮとなるタイミング（ＰＷＭ信号ＯＮタイミング）をＰＷＭ周期の固定位置に発生させ、モータ電流を検出することで、コンパクト化、軽量化及びコストダウンを図った上で電流検出可能となるDuty範囲を最大限としたモータ制御装置、及びそれを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢（アシスト）する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を、減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、アシストトルク（操舵補助力）を正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、電流指令値とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデュ−ティ比の調整で行っている。
【０００３】
ここで、電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸２は減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５を経て操向車輪のタイロッド６に連結されている。コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が、減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニション信号が入力され、コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルク値Ｔと車速センサ１２で検出された車速Ｖとに基づいてアシスト指令のモータ電流Ｉｍの演算を行い、演算されたモータ電流Ｉｍがモータ２０に供給される。
【０００４】
コントロールユニット３０は、主としてＣＰＵ（ＭＰＵやＭＣＵを含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと、図２のようになっている。
【０００５】
図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴは位相補償部３１で位相補償されて操舵補助指令値演算部３２に入力され、車速センサ１２で検出された車速Ｖも操舵補助指令値演算部３２に入力される。操舵補助指令値演算部３２は、入力された操舵トルクＴ及び車速Ｖに基づいて、アシストマップを参照してモータ２０に供給する電流の制御目標値である操舵補助指令値Ｉを決定する。操舵補助指令値Ｉは減算部３０Ａに入力されると共に、応答速度を高めるためのフィードフォワード系の微分補償部３４に入力され、減算部３０Ａの偏差（Ｉ−ｉ）は比例演算部３５に入力されると共に、フィードバック系の特性を改善するための積分演算部３６に入力され、その比例出力は加算部３０Ｂに入力される。微分補償部３４及び積分演算部３６の出力も加算部３０Ｂに加算入力され、加算部３０Ｂでの加算結果である電流制御値Ｅが、モータ駆動信号としてモータ駆動回路３７に入力される。モータ駆動回路３７にはバッテリ１３からイグニションキー１１及びフューズ３３を経て電力が供給され、モータ２０のモータ電流値ｉはモータ電流検出回路３８で検出され、減算部３０Ａに入力されてフィードバックされる。
【０００６】
モータ駆動回路３７の一般的な構成例を図３に示して説明する。モータ駆動回路３７は、ＰＷＭ制御部３７Ａとインバータ３７Ｂとで構成されている。ＰＷＭ制御部３７Ａは、電流制御値Ｅを所定式に従って３相分のＰＷＭ信号のDuty指令値Ｄ１〜Ｄ６を演算するデューティ演算部３７１と、ＰＷＭ信号のDuty指令値Ｄ１〜Ｄ６でスイッチング駆動素子としてのＦＥＴのゲートを駆動すると共に、デッドタイムの補償をしてＯＮ／ＯＦＦするゲート駆動部３７２とで構成されており、インバータ３７ＢはＦＥＴの３相ブリッジで構成されており、ＰＷＭ信号のDuty指令値Ｄ１〜Ｄ６でＯＮ／ＯＦＦされることによってモータ２０を駆動する。
【０００７】
このようなモータ駆動装置において、多相のブラシレスモータをインバータにより駆動するに当たってはロータの位置、つまりモータ位相を把握した上、モータ位相に応じて各相への通電状態を順次切替えていく必要がある。モータ位相は、一般的にはホール素子やレゾルバ等のロータ位置センサにてロータ位置を検出し、検出されたロータ位置に応じてインバータ（ＦＥＴ）のスイッチングを行うモータ駆動装置が実用化されている。また、モータの各コイル層に流れる電流値とモータ位相との関係式は知られており、各コイル相の電流値を計測し、その電流値からモータ位相を検出するモータ駆動装置が提案されている。
【０００８】
前述したような電流フィードバック系の構成及びモータ位置の演算のため、各コイル相の電流値を計測する必要があり、一方では、電動パワーステアリング装置のコンパクト化、軽量化、コストダウンの項目の１つとして電流検出器（電流センサ）の単一化が要請されている。つまり、単一の電流検出器により、モータの各相電流を計測することが要請されている。
【０００９】
単一の電流検出器が接続されたインバータの構成例を図４に示して説明する。この構成例では、３相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）を有するモータ５０が、ブリッジ構成の６個のＦＥＴでＰＷＭ制御され、ハイサイドＦＥＴには電源（バッテリ）５１から電力が供給され、ブリッジ構成の電源出力側（接地側）に単一の電流検出器６０が接続されている。この場合、電流検出器６０に流れる電流、つまり、モータ検出電流は各ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ状態により異なる。図５は例として、Ａ相ハイサイドＦＥＴがＯＮ（Ａ相ローサイドＦＥＴはＯＦＦ）で、Ｂ相及びＣ相のハイサイドＦＥＴがいずれもＯＦＦ（Ｂ相及びＣ相のローサイドＦＥＴはＯＮ）の状態時の電流経路を示している。また、図６は、Ａ相及びＢ相のハイサイドＦＥＴがいずれもＯＮ（Ａ相及びＢ相のローサイドＦＥＴはＯＦＦ）で、Ｃ相ハイサイドＦＥＴがＯＦＦ（Ｃ相ローサイドＦＥＴはＯＮ）の状態時の電流経路を示している。これら図５及び図６から分かるように、ハイサイドＦＥＴがＯＮしている相の合計値が電流検出器６０に電流として現れる。これは、電流検出器６０がインバータの電源入力側に接続されている場合も同様である。
【００１０】
以上のことより、１相ＯＮ状態のとき、及び２相ＯＮ状態のときに電流検出器６０で電流を検出し、３相の電流和が０である特性を利用すると、３相の各相電流の検出が可能となる。図５の場合にはＡ相の電流ＩＡを検出することになり、図６の場合にはＡ相の電流ＩＡとＢ相の電流ＩＢの合計値が電流検出器６０で検出されるが、ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ＝０の関係があるので、Ｃ相の電流ＩＣがＩＣ＝−（ＩＡ＋ＩＢ）として検出されることになる。即ち、単一の電流検出器６０による電流検出によっても、３相の電流和が０である特性を利用することにより、各相の電流を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００５−５３１２７０号公報
【特許文献２】特許第３９３１０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、図４に示すような単一の電流検出器で構成されたインバータでは、各ＦＥＴのＯＮ直後に電流検出器６０に電流が流れる事により発生するリギングノイズ等のノイズ成分を除去しながら正確に電流検出するためには、一定の検出時間が必要となる。そのため、１相ＯＮの状態、及び２相ＯＮの状態を電流検出に必要な時間だけ継続する必要があるが、各相Duty指令値が均衡する場合、つまり、各相Dutyが近似している場合は、その時間を確保することができないという問題点がある。この問題点を解決するために、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載された先行技術がある。
【００１３】
特許文献１には、「空間ベクトル技法を使用する単一電流センサによるモータ駆動装置」が開示されており、その構成は、電流検出必要時間だけ１相ＯＮ状態、及び２相ＯＮ状態となるようなＰＷＭパターン（ＰＷＭ信号）を各相Ｄｕｔｙ指令値の大小関係と空間ベクトル手法により決定し、決定したＰＷＭパターン（ＰＷＭ信号）を出力する構成となっている。
【００１４】
しかし、特許文献１では、空間ベクトル手法によるＰＷＭパターンを実際に出力するには、ＰＷＭ周期の任意の位置でＰＷＭ信号のＯＮ／ＯＦＦを設定できる空間ベクトル対応のマイコンを用いる必要があり、キャリアを用いた一般的なＰＷＭタイマーを用いることができず、さらに、電流検出タイミングを可変とする必要があるため、電流検出が容易ではない。
【００１５】
一方、特許文献２には、「電動機駆動装置及びそれを用いた冷凍装置」が開示されており、その構成は、１相ＯＮ状態、及び２相ＯＮ状態となる時間を、電流検出必要時間分だけ確保できるようにＤｕｔｙ指令値を補正し、次キャリア周期で補正による増減分を調整し、平均値が元のＤｕｔｙ指令値と同値となるようにする構成となっている。このように、特許文献２に開示された装置では、ＰＷＭ周期毎のＤｕｔｙ変更で、１相ＯＮ状態及び２相ＯＮ状態を実現するため、キャリアを用いた一般的なＰＷＭタイマーでも実現可能である。
【００１６】
しかしながら、特許文献２では、Ｄｕｔｙ指令値を変更し、変更した分は、次キャリア周期で補正するとなっているため、２ＰＷＭ周期内でのＤｕｔｙ変更によりモータ電流が振動を起こし、結果的に、トルクリップル性能や作動音性能の悪化を招く可能性が高く、且つ、電流検出タイミングが可変でなくてはならず、電流検出が容易ではない。
【００１７】
本発明は、上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、上述した従来問題点を解決できるようにし、コンパクト化、軽量化及びコストダウンを図った上で電流検出可能となるDuty範囲を最大限とした、単一の電流センサで構成されるモータ制御装置、及びそれを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、制御演算によりモータの電流を制御するための各相Duty指令値を算出し、前記各相Duty指令値に応じたＰＷＭ波形を形成し、前記ＰＷＭ波形に基づいてインバータにより前記モータを駆動するモータ制御装置に関するものであり、本発明の上記目的は、前記インバータの電源入力側又は電源出力側に単一の電流検出器を接続し、前記各相Duty指令値の差を保持したまま一律増減させるDutyシフト機能と、各相ＰＷＭ信号の出力位置を決定するＰＷＭ出力位置変更機能を備え、１相のみ、又は２相同時に、ＰＷＭ信号がＯＮとなるタイミングをＰＷＭ周期の固定位置に発生させ、モータ電流を検出するようになっており、前記ＰＷＭ出力位置変更機能は、前記各相Duty指令値の大きさ関係によって、最大Duty相、中間Duty相、及び最小Duty相のＰＷＭ信号出力開始位置となるＰＷＭ信号出力基準点を変更することにより達成される。
【００１９】
また、本発明の上記目的は、前記ＰＷＭ出力位置変更機能は、前記ＰＷＭ信号出力基準点を、ＰＷＭ周期の開始点、ＰＷＭ周期の中心、ＰＷＭ周期の終了点の何れか１つから選択することにより、或いは前記Dutyシフト機能は、前記各相Duty指令値の大きさ関係によって、Dutyシフト量を変更することにより、或いは前記各相Duty指令値が均衡する場合は、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相を任意の相に固定することにより、より効果的に達成される。更に、本発明の上記目的は、制御演算によりモータの電流を制御するための各相Duty指令値を算出し、前記各相Duty指令値に応じたＰＷＭ波形を形成し、前記ＰＷＭ波形に基づいてインバータにより前記モータを駆動するモータ制御装置において、前記インバータの電源入力側又は電源出力側に単一の電流検出器を接続し、前記各相Duty指令値の差を保持したまま一律増減させるDutyシフト機能と、各相ＰＷＭ信号の出力位置を決定するＰＷＭ出力位置変更機能を備え、１相のみ、又は２相同時に、ＰＷＭ信号がＯＮとなるタイミングをＰＷＭ周期の固定位置に発生させ、モータ電流を検出するようになっており、前記各相Duty指令値が均衡する場合は、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相を任意の相に固定することにより達成される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係るモータ制御装置では、ＰＷＭ制御インバータの電源入力側又は電源出力側（接地側）に単一の電流検出器（例えば、１つのシャント抵抗）を配設してＰＷＭ制御すると共に、各相Duty指令値の差を保持したまま一律増減させるDutyシフト機能と、各相ＰＷＭ信号の出力位置の変更を行うＰＷＭ出力位置変更機能を備え、１相のみ、又は２相同時にＰＷＭ信号がＯＮとなるタイミング（電流検出タイミング）をＰＷＭ周期の固定位置に発生させ、モータの各相電流を検出するようにしているので、本発明によれば、コンパクト化、軽量化及びコストダウンを図った上で、電流検出可能となるDuty範囲を最大限とすることができる。
【００２１】
本発明では、ＰＷＭ信号の出力開始位置を、ＰＷＭ周期の開始点、ＰＷＭ周期の中心、ＰＷＭ周期の終了点の何れか１つから選択するようにしているため、例えば、三角波キャリアを用いた汎用マイコンタイマー構成にて容易に実現が可能になる。
【００２２】
また、本発明では、各相Duty差を保持したまま、各相Duty指令値を変更しているため、Duty指令値変更によるモータ電流への影響が無く、トルクリップル性能や作動音性能の劣化を抑制でき、且つ、Dutyシフト機能とＰＷＭ出力位置変更機能を組み合わせることで、１相のみ、又は２相同時にＰＷＭ信号がＯＮとなるタイミング（電流検出タイミング）をＰＷＭ周期の固定位置に発生させるようにしているため、電流検出Ａ／Ｄ機構の構成が容易となる。
【００２３】
更に、本発明では、各相Duty指令値が均衡する場合に、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相を任意の相に固定する構成としているため、ＰＷＭ信号の出力位置のハンチングを防ぎ、トルクリップル性能及び作動音性能の劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一般的な電動パワーステアリング装置の構成例を示す図である。
【図２】従来の電動パワーステアリング装置のコントロールユニットの構成例を示すブロック図である。
【図３】３相モータのモータ駆動回路の一例を示す結線図である。
【図４】単一の電流検出器を用いたインバータの構成例を示す結線図である。
【図５】図４に示すインバータの動作例（Ａ相ＯＮ）を説明するための図である。
【図６】図４に示すインバータの動作例（（Ａ相＋Ｂ相）ＯＮ）を説明するための図である。
【図７】本発明に係るモータ制御装置の全体制御と、Dutyシフト機能及びＰＷＭ出力位置変更機能を含めた各種機能を実現する装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】図７に示す装置の動作例を示すフローチャートである。
【図９】本発明において、ＰＷＭ信号出力パターン１の場合のＰＷＭ信号（三角波キャリア）の配置例を示す波形図である。
【図１０】本発明において、ＰＷＭ信号出力パターン２の場合のＰＷＭ信号（三角波キャリア）の配置例を示す波形図である。
【図１１】本発明において、ＰＷＭ信号出力パターン３の場合のＰＷＭ信号（三角波キャリア）の配置例を示す波形図である。
【図１２】本発明において、ＰＷＭ信号出力パターン４の場合のＰＷＭ信号（三角波キャリア）の配置例を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、制御演算によりモータの電流を制御するための各相Duty指令値を算出し、各相Duty指令値に応じたＰＷＭ波形（ＰＷＭ信号）を形成し、ＰＷＭ制御インバータにてモータに指令電流（電圧）を与えて駆動する、電流センサ（電流検出器）が単一化されたモータ制御装置と、そのモータ制御装置を用いて車両のステアリング機構にモータによるアシストトルクを付与するようにした電動パワーステアリング装置とに関する。
【００２６】
本発明に係るモータ制御装置では、ＰＷＭ制御インバータの電源入力側又は電源出力側（接地側）に単一の電流検出器（単一の電流センサ）を配設してＰＷＭ制御すると共に、各相Duty指令値の差（各相Duty差）を保持したまま一律増減させるDutyシフト機能と、各相ＰＷＭ信号の出力位置（出力開始位置及び出力終了位置）の変更を行うＰＷＭ出力位置変更機能を備え、１相のみ、又は２相同時にＰＷＭ信号がＯＮとなるタイミング（ＰＷＭ信号ＯＮタイミング）をＰＷＭ周期の固定位置に発生させ、モータ電流を検出することで、コンパクト化、軽量化及びコストダウンを図った上で、電流検出可能となるDuty範囲を最大限とすることができる。
【００２７】
本発明に係るモータ制御装置では、各相Duty指令値に一律の値（以下、Dutyシフト量を言う。）を増減させることで、各相間のDuty差（各相Duty差）を保持したまま、各相Duty指令値を変更するDutyシフト機能（Dutyシフト部）と、各相ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置の変更を行うＰＷＭ出力位置変更機能（ＰＷＭ出力位置変更部）を備え、Dutyシフト部及びＰＷＭ出力位置変更部にての処理を行うことにより、ＰＷＭ周期の固定位置で（即ち、固定の電流検出位置で）、電流検出を行えるＰＷＭ信号を生成できる。以下、固定の電流検出位置は、単に、固定の電流検出タイミングとも言う。
【００２８】
本発明では、Dutyシフト量、ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置を決定するために、３相Duty指令値よりDutyの大きさを判定する必要がある。
【００２９】
換言すれば、本発明では、３相Duty指令値の大きさ関係により、ＰＷＭ信号の出力位置（ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置）とDutyシフト量を変更（決定）するようにしているので、本発明によれば、電流検出可能となるDuty範囲を最大限とすることが可能になる。
【００３０】
本発明では、各相Duty指令値のうち、最大Duty指令値を最大Duty値とし、中間Duty指令値を中間Duty値とし、最小Duty指令値を最小Duty値とする。また、最大Duty値を有する相を最大Duty相とし、中間Duty値を有する相を中間Duty相とし、最小Duty値を有する相を最小Duty相とする。
【００３１】
本発明に係るモータ制御装置では、各相Duty指令値の大小関係により、最大Duty値、中間Duty値、最小Duty値、最大Duty相、中間Duty相、及び最小Duty相を判定するDuty判定機能（Duty判定部）を備えている。
【００３２】
なお、Duty判定部では、各相Duty指令値が均衡すると判定した場合において、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相の判定をせずに、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相を任意の相に固定する構成とする。
【００３３】
本発明では、ＰＷＭ出力位置変更部は、Duty判定部にて判定された各Duty相（最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相）のＰＷＭ信号の出力開始位置を、ＰＷＭ周期の開始点、ＰＷＭ周期の中心、ＰＷＭ周期の終了点の何れか１つから選択する構成となっている。以下、ＰＷＭ信号の出力開始位置は、単に、ＰＷＭ信号出力基準点とも言う。
【００３４】
本発明では、ＰＷＭ信号の出力開始位置を、ＰＷＭ周期の開始点、ＰＷＭ周期の中心、ＰＷＭ周期の終了点の何れか１つから選択するようにしているため、例えば、三角波キャリアを用いた汎用マイコンタイマー構成にて容易に実現が可能になる。
【００３５】
また、本発明では、各相間のDuty差（各相Duty差）を保持したまま、各相Duty指令値を変更しているため、Duty指令値変更によるモータ電流への影響が無く、トルクリップル性能や作動音性能の劣化を抑制でき、且つ、Dutyシフト機能とＰＷＭ出力位置変更機能を組み合わせることで、１相のみ、又は２相同時にＰＷＭ信号がＯＮとなるタイミング（電流検出タイミング）をＰＷＭ周期の固定位置に発生させるため、電流検出Ａ／Ｄ機構の構成が容易となる。
【００３６】
更に、各相Duty指令値が均衡する場合では、Duty指令値の大きさ判定が、ＰＷＭ信号の出力位置のハンチングを起こす可能性があり、それによりＰＷＭ信号の出力位置が頻繁に変更されることにより、作動音性能の劣化を招く問題点がある。しかし、本発明では、各相Duty指令値が均衡する場合に、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相を任意の相に固定する構成としているため、ＰＷＭ信号の出力位置のハンチングを防ぎ、トルクリップル性能及び作動音性能の劣化を防止することが可能になり、この問題点を回避できる。
【００３７】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３８】
図７は、本発明に係るモータ制御装置の全体制御と、Dutyシフト機能及びＰＷＭ出力位置変更機能を含めた各種機能を実現する装置の構成例を示すブロック図である。また、図８は、図７に示す装置の動作例を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、電流検出必要時間に相当するDuty量、即ち、電流検出に必要な時間を確保するための電流検出必要Duty量をτ％とする。
【００３９】
図７に示すように、モータ制御装置の全体制御や演算処理等を行うＣＰＵ７０を具備しており、ＣＰＵ７０には、
電流制御値Ｅを入力して各相Duty指令値を演算するDuty演算部７１と、
Duty演算部７１で演算された各相Duty指令値に基づき、最大Duty値、中間Duty値、最小Duty値、最大Duty相、中間Duty相、及び最小Duty相を判定するDuty判定部７２と、
Duty判定部７２で判定された最大Duty値、中間Duty値、最小Duty値、最大Duty相、中間Duty相、及び最小Duty相に基づき、所定の選択条件よりＰＷＭ信号出力パターンを判定するパターン判定部７３と、
パターン判定部７３で判定されたＰＷＭ信号出力パターンに基づき、Dutyシフト量を決定し、決定したDutyシフト量に基づき、各相Duty指令値を変更（シフト）するDutyシフト部７４と、
Dutyシフト部７４で変更された各相Duty指令値（以下、単に、シフト後各相Duty指令値とも言う。）と、パターン判定部７３で判定されたＰＷＭ信号出力パターンに基づき、各相ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置の変更を行い、各相ＰＷＭ信号の出力パターンを生成するＰＷＭ出力位置変更部７５とが接続されている。
【００４０】
ＣＰＵ７０には更に、電流検出必要Duty量（τ％）をパラメータとして設定する電流検出必要Duty量設定部８０と、
後述するＰＷＭ信号出力パターン１〜ＰＷＭ信号出力パターン４に係る処理により生成された各相ＰＷＭ信号の出力パターンに基づき、各相ＰＷＭ信号を出力してゲート駆動部８２に与えるＰＷＭ出力部８１と、
電流検出器６０で検出された電流を入力する電流入力部６１とが接続されている。
【００４１】
このような構成において動作がスタートすると、Duty演算部７１は、電流制御値Ｅに基づいて各相Duty指令値を演算して入力し、Duty判定部７２は、まず、最大Duty値、中間Duty値、及び最小Duty値を判定する（ステップＳ１０）。
【００４２】
Duty判定部７２では、判定された最大Duty値、中間Duty値、及び最小Duty値より、各相Duty指令値が均衡すると判定した場合において（ステップＳ１１）、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相の判定をせずに、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相を任意の相に固定するようにし（ステップＳ１２）、各相Duty指令値が均衡しないと判定した場合において（ステップＳ１１）、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相の判定を行う（ステップＳ１３）。
【００４３】
続いて、パターン判定部７３は、Duty判定部７２で判定された最大Duty値、中間Duty値、最小Duty値、最大Duty相、中間Duty相、及び最小Duty相に基づき、所定の選択条件よりＰＷＭ信号出力パターンを判定する。
【００４４】
具体的に、各相Duty指令値が第１選択条件を満たすか否かを判断し（ステップＳ１４）、Duty指令値が第１選択条件を満たしたと判断された場合に、ＰＷＭ信号出力パターン１に係る処理を行い（ステップＳ１５）、Duty指令値が第１選択条件を満たしていないと判断された場合に、各相Duty指令値が第２選択条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ１６）。
【００４５】
Duty指令値が第２選択条件を満たしたと判断された場合に、各相Duty指令値が第３選択条件を満たすか否かを判断し（ステップＳ１７）、Duty指令値が第２選択条件を満たしていないと判断された場合に、各相Duty指令値が第４選択条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ２２）。
【００４６】
Duty指令値が第３選択条件を満たしたと判断された場合に、ＰＷＭ信号出力パターン２に係る処理を行い（ステップＳ１８）、Duty指令値が第３選択条件を満たしていないと判断された場合に、各相Duty指令値が第５選択条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ１９）。
【００４７】
Duty指令値が第５選択条件を満たしたと判断された場合に、ＰＷＭ信号出力パターン４に係る処理を行い（ステップＳ２０）、Duty指令値が第５選択条件を満たしていないと判断された場合に、電流検出が不可能になると判定される（ステップＳ２１）。
【００４８】
Duty指令値が第４選択条件を満たしたと判断された場合に、ＰＷＭ信号出力パターン３に係る処理を行い（ステップＳ２３）、Duty指令値が第４選択条件を満たしていないと判断された場合に、電流検出が不可能になると判定される（ステップＳ２４）。
【００４９】
ここで、第１選択条件〜第５選択条件、及び、ＰＷＭ信号出力パターン１〜ＰＷＭ信号出力パターン４について詳細に説明する。本発明では、判定された３相Duty指令値の大きさ関係に応じて、所定の選択条件（第１選択条件〜第５選択条件）に基づき、ＰＷＭ信号出力パターン１〜ＰＷＭ信号出力パターン４に係る処理（Dutyシフト処理及びＰＷＭ信号出力位置変更処理）を行う。なお、以下の説明では、電流検出タイミング（電流検出Ａ／Ｄタイミング）は、以下の２点とする。
【００５０】
第１電流検出位置（第１電流検出タイミング）は、ＰＷＭ周期の開始点から電流検出必要時間（τ％）経過後である。また、第２電流検出位置（第２電流検出タイミング）は、ＰＷＭ周期の中心になる。
＜ＰＷＭ信号出力パターン１＞
後述するＰＷＭ信号出力パターン２、ＰＷＭ信号出力パターン３、及びＰＷＭ信号出力パターン４では、各相Duty値の大きさに応じて各相のＰＷＭ出力位置を変更するが、各相Duty値が均衡する場合では、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相の判定がハンチングするため、ＰＷＭ出力位置が頻繁に切替え、作動音性能が劣化する可能性がある。そのため、本発明では、前述したように、各相Duty値が均衡する場合では、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相の判定をせずに、最大Duty相、中間Duty相、最小Duty相を任意の相に固定するようにし、つまり、各相のＰＷＭ出力位置を固定するようにする。
【００５１】
Dutyシフト処理後の最大Duty値が５０％−τ％以下であるように、第１選択条件を最大Duty値−最小Duty値≦５０％−２×τ％とする。
【００５２】
つまり、本発明に係るモータ制御装置では、最大Duty値−最小Duty値≦５０％−２×τ％が成立すれば、Duty指令値が第１選択条件を満たしたと判断し、ＰＷＭ信号出力パターン１に係る処理を行い、最大Duty値−最小Duty値≦５０％−２×τ％が成立しなければ、Duty指令値が第１選択条件を満たしていないと判断し、続いて、各相Duty指令値が第２選択条件を満たすか否かを判断する。
【００５３】
ＰＷＭ信号出力パターン１に係る処理は、第１Dutyシフト量に基づき、各相Duty指令値を変更する第１Dutyシフト処理と、各相ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置の変更を行う第１ＰＷＭ出力位置変更処理で構成される。
【００５４】
第１Dutyシフト処理では、Dutyシフト処理後の３相Duty指令値の最小値がτ％となるように、第１Dutyシフト量（最小Duty値＋τ％）に基づき、各相Duty指令値をシフトする。第１Dutyシフト処理後の最小Duty値がτ％であるため、電流検出必要時間（τ％）を確保することが可能になる。
【００５５】
第１Dutyシフト処理より、下記式で表す関係が成立する。
第１Dutyシフト処理後のＡ相Duty値＝Ａ相Duty値−最小Duty値＋τ％
第１Dutyシフト処理後のＢ相Duty値＝Ｂ相Duty値−最小Duty値＋τ％
第１Dutyシフト処理後のＣ相Duty値＝Ｃ相Duty値−最小Duty値＋τ％
図９を参照しながら、第１ＰＷＭ出力位置変更処理を説明する。第１ＰＷＭ出力位置変更処理では、次のように、各相ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置を決定する。
【００５６】
Ａ相ＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）として、ＰＷＭ周期の終了点方向に配置される。また、Ｂ相ＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）として、ＰＷＭ周期の開始点方向に配置される。ＰＷＭ周期の中心までに、Ｂ相ＰＷＭ信号の出力を完了させる。そして、Ｃ相ＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の開始点をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）として、ＰＷＭ周期の終了点方向に配置される。
【００５７】
上記のようなＰＷＭ信号出力を行うことで、第１電流検出位置では、Ｃ相の電流が検出可能になり、第２電流検出位置では、Ｂ相の電流が検出可能になる。
【００５８】
なお、第１ＰＷＭ出力位置変更処理では、ＰＷＭ信号の出力位置と相の関係は、上述した通りに限定されるものではなく、例えば、Ａ相ＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の開始点をＰＷＭ信号出力基準点として、ＰＷＭ周期の終了点方向に配置され、Ｂ相ＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点として、ＰＷＭ周期の終了点方向に配置され、Ｃ相ＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点として、ＰＷＭ周期の開始点方向に配置される（ＰＷＭ周期の中心までに、Ｃ相ＰＷＭ信号の出力を完了させる）ようにしても良く、この場合は、第１電流検出位置では、Ａ相の電流が検出可能になり、第２電流検出位置では、Ｃ相の電流が検出可能になる。
＜ＰＷＭ信号出力パターン２＞
前述したように、本発明に係るモータ制御装置では、Duty指令値が第１選択条件を満たしていないと判断し、続いて、各相Duty指令値が第２選択条件を満たすか否かを判断する。Duty指令値が第２選択条件を満たしたと判断された場合に、各相Duty指令値が第３選択条件を満たすか否かを判断する。Duty指令値が第３選択条件を満たしたと判断された場合に、ＰＷＭ信号出力パターン２に係る処理を行う。１相単独ＯＮ状態、２相同時ＯＮ状態を固定の電流検出タイミングで発生させるため
第２選択条件は中間Duty値が１００％−τ％以下である。また、第３選択条件は中間Duty値がτ％以上である。
【００５９】
ＰＷＭ信号出力パターン２に係る処理は、各Duty指令値の大きさに応じて各相ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置の変更を行う第２ＰＷＭ出力位置変更処理のみで構成され、１相単独ＯＮ状態、２相同時ＯＮ状態を固定の電流検出タイミングで発生させる。ちなみに、ＰＷＭ信号出力パターン２に係る処理では、Dutyシフト処理は行わない。
【００６０】
図１０を参照しながら、第２ＰＷＭ出力位置変更処理を説明する。第２ＰＷＭ出力位置変更処理では、次のように、各相ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置を決定する。
【００６１】
最小Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）として、ＰＷＭ周期の終了点方向に配置される。また、中間Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）とし、そのＰＷＭ信号出力基準点から−τ％位置までを含んで出力する。中間Duty相がτ％を超える場合に、中間Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点とし、ＰＷＭ周期の開始点方向に配置され、５０％−τ％を超えた分は、ＰＷＭ周期の中心からＰＷＭ周期の終了点方向に出力配置される。そして、最大Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の開始点をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）として、ＰＷＭ周期の終了点方向に配置される。
【００６２】
上記のようなＰＷＭ信号出力を行うことで、第１電流検出位置では、最大Duty相の電流が検出可能になり、第２電流検出位置では、最大Duty相の電流と中間Duty相の電流の合計値（即ち、最小Duty相の電流の符号反転した値）が検出可能になる。
＜ＰＷＭ信号出力パターン３＞
前述したように、本発明に係るモータ制御装置では、Duty指令値が第２選択条件を満たしていないと判断された場合に、各相Duty指令値が第４選択条件を満たすか否かを判断し、Duty指令値が第４選択条件を満たしたと判断された場合に、ＰＷＭ信号出力パターン３に係る処理を行い、Duty指令値が第４選択条件を満たしていないと判断された場合に、電流検出が不可能になると判定される。
【００６３】
Dutyシフト処理後の中間Duty値が１００％−τ％以下であるように、第４選択条件を中間Duty値−最小Duty値≦１００％−τ％とする。
【００６４】
つまり、本発明に係るモータ制御装置では、中間Duty値−最小Duty値≦１００％−τ％が成立すれば、Duty指令値が第４選択条件を満たしたと判断し、ＰＷＭ信号出力パターン３に係る処理を行い、中間Duty値−最小Duty値≦１００％−τ％が成立しなければ、Duty指令値が第４選択条件を満たしていないと判断し、電流検出が不可能になると判定される。
【００６５】
つまり、ＰＷＭ信号出力パターン３は、中間Duty値が１００％−τ％を超えたため、第１電流検出位置にて、１相単独ＯＮ状態を電流検出に必要な時間分（τ％）確保できない状態時に選択される。
【００６６】
ＰＷＭ信号出力パターン３に係る処理は、第３Dutyシフト量に基づき、各相Duty指令値を変更する第３Dutyシフト処理と、各相ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置の変更を行う第３ＰＷＭ出力位置変更処理で構成される。第３Dutyシフト処理を行うことにより、各相Duty差を保ちつつ、可能な限り中間Duty値を小さくすることで、電流検出可能となるDuty領域を拡大する。
【００６７】
第３Dutyシフト処理では、Dutyシフト処理後の３相Duty指令値の最小値が０％となるように、第３Dutyシフト量（最小Duty値）に基づき、各相Duty指令値をシフトする。
【００６８】
第３Dutyシフト処理より、下記式で表す関係が成立する。
第３Dutyシフト処理後のＡ相Duty値＝Ａ相Duty値−最小Duty値
第３Dutyシフト処理後のＢ相Duty値＝Ｂ相Duty値−最小Duty値
第３Dutyシフト処理後のＣ相Duty値＝Ｃ相Duty値−最小Duty値
図１１を参照しながら、第３ＰＷＭ出力位置変更処理を説明する。第３ＰＷＭ出力位置変更処理では、次のように、各相ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置を決定する。
【００６９】
最小Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）として、ＰＷＭ周期の終了点方向に配置される。また、中間Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）とし、そのＰＷＭ信号出力基準点から−τ％位置までを含んで出力する。中間Duty相がτ％を超える場合に、中間Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点とし、ＰＷＭ周期の開始点方向に配置され、５０％−τ％を超えた分は、ＰＷＭ周期の中心からＰＷＭ周期の終了点方向に出力配置される。そして、最大Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の開始点をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）として、ＰＷＭ周期の終了点方向に配置される。
【００７０】
上記のようなＰＷＭ信号出力を行うことで、第１電流検出位置では、最大Duty相の電流が検出可能になり、第２電流検出位置では、最大Duty相の電流と中間Duty相の電流の合計値（即ち、最小Duty相の電流の符号反転した値）が検出可能になる。
＜ＰＷＭ信号出力パターン４＞
前述したように、本発明に係るモータ制御装置では、Duty指令値が第３選択条件を満たしていないと判断された場合に、各相Duty指令値が第５選択条件を満たすか否かを判断し、Duty指令値が第５選択条件を満たしたと判断された場合に、ＰＷＭ信号出力パターン４に係る処理を行い、Duty指令値が第５選択条件を満たしていないと判断された場合に、電流検出が不可能になると判定される。
【００７１】
Dutyシフト処理後の中間Duty値がτ％以上であるように、第５選択条件を最大Duty値−中間Duty値≦１００％−τ％とする。
【００７２】
つまり、本発明に係るモータ制御装置では、最大Duty値−中間Duty値≦１００％−τ％が成立すれば、Duty指令値が第５選択条件を満たしたと判断し、ＰＷＭ信号出力パターン４に係る処理を行い、最大Duty値−中間Duty値≦１００％−τ％が成立しなければ、Duty指令値が第５選択条件を満たしていないと判断し、電流検出が不可能になると判定される。
【００７３】
つまり、ＰＷＭ信号出力パターン４は、中間Duty値がτ％を下回るため、第２電流検出位置にて、２相同時ＯＮ状態を電流検出に必要な時間分（τ％）確保できない状態時に選択される。
【００７４】
ＰＷＭ信号出力パターン４に係る処理は、第４Dutyシフト量に基づき、各相Duty指令値を変更する第４Dutyシフト処理と、各相ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置の変更を行う第４ＰＷＭ出力位置変更処理で構成される。第４Dutyシフト処理を行うことにより、各相Duty差を保ちつつ、可能な限り中間Duty値を大きくすることで、電流検出可能となるDuty領域を拡大する。
【００７５】
第４Dutyシフト処理では、Dutyシフト処理後の３相Duty指令値の最大値が１００％となるように、第４Dutyシフト量（最大Duty値＋１００％）に基づき、各相Duty指令値をシフトする。
【００７６】
第４Dutyシフト処理より、下記式で表す関係が成立する。
第４Dutyシフト処理後のＡ相Duty値＝Ａ相Duty値−最大Duty値＋１００％
第４Dutyシフト処理後のＢ相Duty値＝Ｂ相Duty値−最大Duty値＋１００％
第４Dutyシフト処理後のＣ相Duty値＝Ｃ相Duty値−最大Duty値＋１００％
図１２を参照しながら、第４ＰＷＭ出力位置変更処理を説明する。第４ＰＷＭ出力位置変更処理では、次のように、各相ＰＷＭ信号の出力開始位置及び出力終了位置を決定する。
【００７７】
最小Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）として、ＰＷＭ周期の終了点方向に配置される。また、中間Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）とし、そのＰＷＭ信号出力基準点から−τ％位置までを含んで出力する。中間Duty相がτ％を超える場合に、中間Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の中心をＰＷＭ信号出力基準点とし、ＰＷＭ周期の開始点方向に配置され、５０％−τ％を超えた分は、ＰＷＭ周期の中心からＰＷＭ周期の終了点方向に出力配置される。そして、最大Duty相のＰＷＭ信号は、ＰＷＭ周期の開始点をＰＷＭ信号出力基準点（ＰＷＭ信号の出力開始位置）として、ＰＷＭ周期の終了点方向に配置される。
【００７８】
上記のようなＰＷＭ信号出力を行うことで、第１電流検出位置では、最大Duty相の電流が検出可能になり、第２電流検出位置では、最大Duty相の電流と中間Duty相の電流の合計値（即ち、最小Duty相の電流の符号反転した値）が検出可能になる。
本発明に係るモータ制御装置では、上述した４つのＰＷＭ信号出力パターン（ＰＷＭ信号出力パターン１〜ＰＷＭ信号出力パターン４）に係る処理を行うことで、広範囲のDuty領域で単一の電流検出器による電流検出を行うことを可能にした。
【００７９】
第１Dutyシフト処理、第３Dutyシフト処理、及び第４Dutyシフト処理は、Dutyシフト部７４にて行われる。また、第１ＰＷＭ出力位置変更処理、第２ＰＷＭ出力位置変更処理、第３ＰＷＭ出力位置変更処理、及び第４ＰＷＭ出力位置変更処理は、ＰＷＭ出力位置変更部７５にて行われる。
【００８０】
なお、上述した実施形態では、電流検出タイミングをＰＷＭ周期の前半に２回（ＰＷＭ周期の開始点から電流検出必要時間（τ％）経過後である第１電流検出位置、とＰＷＭ周期の中心になる第２電流検出位置）としているが、本発明はこれに限定されるものでなく、例えば、電流検出タイミングをＰＷＭ周期の後半に２回としても良い、その場合、各ＰＷＭ信号出力パターンのＰＷＭ信号の出力開始位置をＰＷＭ周期中心からミラー反転させた配置とすれば良い。
【００８１】
また、上述した実施形態では、ＰＷＭ信号出力パターン１ではＡ相が、ＰＷＭ信号出力パターン２〜ＰＷＭ信号出力パターン４では最小Ｄｕｔｙ相が、電流検出タイミングでＯＮ状態にならなければ良く、例えば、ＰＷＭ周期の終了点をＰＷＭ信号出力基準点とし、ＰＷＭ周期の中心方向へＰＷＭ配置しても良い。
【符号の説明】
【００８２】
１    ハンドル
２    コラム軸
３    減速ギア
１０    トルクセンサ
１２    車速センサ
２０    モータ
３０    コントロールユニット
３７    モータ駆動回路
５０    ３相モータ
５１    電源（バッテリ）
６０    電流検出器
６１    電流入力部
７０    ＣＰＵ
７１    Duty演算部
７２    Duty判定部
７３    パターン判定部
７４    Dutyシフト部
７５    ＰＷＭ出力位置変更部
８０    電流検出必要Duty量設定部
８１    ＰＷＭ信号出力部
８２    ゲート駆動部
【図１】
0005402948.tif 000002
【図２】
0005402948.tif 000003
【図３】
0005402948.tif 000004
【図４】
0005402948.tif 000005
【図５】
0005402948.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005402948.tif 000008
【図８】
0005402948.tif 000009
【図９】
0005402948.tif 000010
【図１０】
0005402948.tif 000011
【図１１】
0005402948.tif 000012
【図１２】
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